JPH10298619A - 高炉操業方法 - Google Patents

高炉操業方法

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JPH10298619A
JPH10298619A JP11748397A JP11748397A JPH10298619A JP H10298619 A JPH10298619 A JP H10298619A JP 11748397 A JP11748397 A JP 11748397A JP 11748397 A JP11748397 A JP 11748397A JP H10298619 A JPH10298619 A JP H10298619A
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JP
Japan
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furnace
heat flux
blast furnace
refractory
hearth
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP11748397A
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English (en)
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Akihiko Shinotake
昭彦 篠竹
Morimasa Ichida
守政 一田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高炉炉床部の溶銑流の変化を、耐火物の温度
を監視する方法よりも的確に感知して、溶銑流を制御し
て耐火物の侵食を抑制することを課題とする。 【解決手段】 炉床部の冷却条件を一定にして操業して
いる高炉において、すべての出銑口に対して出銑口を中
心として周方向に両側60度以内、出銑口下3m以内の
範囲内に、炉床部耐火物内に炉の径方向に埋め込み深度
を変えた2箇所の熱電対を少なくとも1組設置し、該温
度から炉壁を貫流する熱流束を算出し、熱流束が断続的
に増加傾向を示した場合に、最も近い出銑口の使用頻度
を低減することを特徴とする高炉操業方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の炉床部温度
管理に基づく高炉操業方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の高炉の寿命は、多くの高炉におい
て炉床部の耐火物の侵食が最大の支配要因であり、炉床
部の耐火物の侵食には溶銑の流れが大きな影響を及ぼす
ので、局所的に溶銑流が集中して熱負荷が高くならない
ように操業管理されている。操業管理の方法としては、
炉壁および炉底の耐火物に熱電対を多数埋め込み、それ
らの温度を監視して、温度が高くなった場合にレベルに
応じてアクションを採る。
【0003】熱電対温度を用いた炉床管理の原理は次の
通りである。例えば、炉床側壁部の状態を模式的に描け
ば図1のようになっていると考えられる。すなわち、炉
内側から溶銑の層1、凝固層(粘稠層と呼ぶこともあ
る)2、耐火物の層3である。耐火物内には高さ方向、
円周方向に分散させて熱電対4が埋設されている。な
お、5は高炉本体である。
【0004】今、耐火物内のある位置に埋め込んだ熱電
対の高炉火入れ以降の温度履歴中の過去最高温度がTm
ax、現在の温度がTであるとする。溶銑の層1と凝固
層2の界面の温度が一定(通常、炭素飽和溶銑の融点で
ある1150℃とする)と仮定すると、温度が上昇して
いるのは凝固層2が成長している状態、温度が下降して
いるのは凝固層2が減少している状態に対応する。ただ
し、温度が過去最高を更新している場合は、凝固層2が
消滅して耐火物3の侵食が進行する状態に相当する。熱
電対を埋設している任意の部位において、1次元の熱伝
導として、Tmaxと耐火物の熱伝導率から耐火物の残
存厚さを計算することができる。
【0005】次に炉内の流れと伝熱が定常状態の場合、
Tと凝固層2の熱伝導率を用いて凝固層2の厚さを計算
することができる。凝固層2の熱伝導率は通常不明であ
り、推定値を使用する凝固層2が減少していくと耐火物
の温度が上昇して熱負荷が大きくなる。特に凝固層がな
くなった場合には、直接耐火物に高温の溶銑流が接触し
て耐火物の侵食が進行し易くなる。
【0006】しかるに、通常の操業においては、各位置
の温度Tを監視してTが上昇してTmaxに近づきつつ
ある場合、あるいはTmaxを超えてしまった場合、何
らかの対策をとる。対策としては、羽口から溶銑凝固層
の生成を促進するチタン含有粉体を吹き込む、冷却を制
御する、Tが上昇する近傍の羽口を絞るかあるいは閉塞
して送風量を減らす、などのアクションが行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】高炉炉床部では、溶銑
の層1内に出銑に伴って溶銑の流れが生じ、この流れは
出銑口の切替により変化するが、同じ出銑口から出銑す
る場合でも、炉内の充填構造によって異なる。炉内の溶
銑流れや溶銑温度が変わると、溶銑凝固層の成長/減退
が起こるが、耐火物に埋設した熱電対の温度を監視する
従来の方法では、熱電対が通常耐火物の炉壁に近い側に
埋め込まれることもあり、熱伝達の特性により炉内の変
化が熱電対温度に現れるまでに相当な時間がかかる。ま
た、溶銑凝固層のラインを推定する方法は定常熱伝導を
仮定するため、温度が変化している状態でこの方法を適
用することはそれ自体矛盾を含んでいる。
【0008】本発明は、耐火物の温度を監視する方法よ
りも的確に炉内の溶銑流の変化を感知して制御を行うこ
とを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、高炉操業
時の炉床部の溶銑流れについて、模型実験による検討を
行った結果、炉床部における溶銑流れと高炉の炉床部側
壁を貫流する熱流束との間に大きな相関があることを見
出した。模型実験の知見によれば、熱流束に影響する要
因は、炉壁側の冷却、炉内側の溶銑流速、炉内側
の温度である。
【0010】したがって、炉壁側の冷却が一定の条件で
あれば、熱流束は炉内側の溶銑流れに対応して変化す
る。実際の高炉においては、炉内の熱流束を直接測定す
ることは困難であるが、耐火物内の近隣の2点に埋設し
た熱電対の温度から、この3点間を流れる熱流束を算出
することができる。炉床側壁部においては水平かつ炉の
直径軸上に深度が異なる2点の温度から、同一軸上の炉
内から炉外に向かう熱流束が、炉底底盤部においては垂
直方向に深度が異なる2点から、その2点を結ぶ軸上の
炉内炉底部から下方向へ向かう熱流束が算出できる。そ
れにより炉内の熱的な変化を把握することができる。
【0011】本発明は、上記方法にて算出した熱流束値
に注目し、いずれかの部位の熱流束値に増加傾向が現れ
た場合に、炉内の溶銑流が変化したと推定し、適切な制
御アクションを取ろうとするものである。すなわち、本
発明の要旨とするところは、 (1)炉床部の冷却条件を一定にして操業している高炉
において、各出銑口を中心として周方向に両側60度以
内、出銑口下3m以内の側壁部内の、炉床部耐火物内に
炉の径方向に埋め込み深度を変えて2個の熱電対を少な
くとも1組設置し、該温度から炉壁を貫流する熱流束を
算出し、熱流束が断続的に増加傾向を示した場合に、最
も近い出銑口の使用頻度を低減することを特徴とする高
炉操業方法。 (2)出銑口を3本以上備える高炉において、炉床部の
熱流束の増加が連続5日間以上継続した場合に、熱流束
増加箇所に最も近い出銑口を使用する時間を、熱流束が
連続3日間低下するまで10%以下に抑えることを特徴
とする(1)に記載の高炉操業方法にある。
【0012】
【発明の実施の形態】高炉には通常複数の、標準的には
2〜5本の出銑口が設置され、これらを切り替えながら
出銑操業している。鉱石の還元、溶融によって生成した
溶銑は炉床部にできた湯溜まりを経由して出銑口から出
銑される。炉床部には炉芯と呼ばれるコークスの充填領
域が存在し、溶銑は充填コークスの空隙部、あるいはコ
ークス充填層が溶銑の浮力によって浮上した炉底とコー
クス充填層の間の隙間を通って流れる。したがって、炉
床部における溶銑の流れは炉芯コークスの充填状態、炉
芯の浮上量、炉底面や側壁の幾何学的形状、表面の付着
物、出銑口深度などによって異なり、また出銑口の切り
替えによって変化する。
【0013】炉内の熱の一部は炉底あるいは炉床側壁部
の耐火物を通って炉外へ逃げるため、耐火物内に温度勾
配ができる。高炉炉床部の耐火物は通常カーボンを主成
分とするレンガであり、炭素飽和溶銑によるアタックに
は強いが、長期間には劣化し、侵食が進行する。炉内の
レンガ表面には溶銑流れの変化と外部からの冷却によっ
て凝固層が生成し、これがレンガを侵食から保護すると
考えられている。しかるに、高炉を操業している期間に
おいて局所的に強い溶銑流が推定された場合は、その部
位の溶銑流を緩和して凝固層の消滅を食い止め、あるい
は凝固層の生成を促進することが望ましく、本発明はそ
の手段を提供する。
【0014】溶銑流の経路は、前述したように炉芯コー
クスの充填状態など種々の条件によって異なるが、炉底
の周辺部には溶銑の通りやすいコークスのフリーゾー
ン、すなわち空隙ができやすく、かつ溶銑は出銑口に向
かって集約するため、局所的な強い溶銑流は出銑口近傍
の炉床側壁沿いに生成しやすい。炉底の周辺部のフリー
ゾーンに起因する強い溶銑流がどこの位置に出るかは炉
床の条件によって異なるが、いずれの炉床条件であって
も出銑口の基準として周方向両側に角度60度以内、下
側3m以内の範囲内の熱流束の変化で検知できる。しか
して、本発明においてはその領域において熱流束の変化
を監視して、溶銑流の変化に起因する熱流束の増加を検
知したときに対策をとろうとするものである。
【0015】炉床部耐火物に埋設した熱電対の組の指示
温度から熱流束を算出する場合、熱流束は溶銑流の変化
のほか、溶銑温度の変化や外部からの冷却の強度の変化
によっても変化し、溶銑流自体も出銑口の切替等により
変化するので、短期的な熱流束の変動については必ずし
も溶銑流の変化に起因する熱流束の増加とは判断せず、
炉床部の熱流束が概ね連続5日間以上増加した場合をも
って溶銑流の変化に起因する熱流束の増加と判断するの
が妥当である。また、本発明のアクションをとった場合
に逆に溶銑流の変化に起因する熱流束の減少が起こった
と判断するのも、2日間程度では短期的な変動で再度増
加に転ずる可能性もあるので、連続3日間以上減少した
場合をもって本発明のアクションの効果と判断するのが
妥当である。
【0016】
【実施例】本発明を、図2に示すようにNo.1出銑口
6、No.2出銑口7、No.3出銑口8、No.4出銑口9
の出銑口を4本備えた高炉の操業に実施した例を示す。
この高炉では炉床側壁部に、周方向、高さ方向に間隔を
適宜とって熱電対を埋設し、温度の変化を監視してい
た。そのうち図3に示す位置10、すなわちNo.1出
銑口6から角度20度、下方1.2mの炉床側壁部の耐
火物内に鉄皮側から深度0.1mおよび0.2mの2点
に熱電対を埋設し、温度の変化をモニターしていた。
【0017】図4はある期間における深度0.2mの熱
電対の温度T2と熱流束qの変化を示している。熱流速
qは、定常熱伝導を仮定して下記(1)式で求めてい
る。 q=k(T2−T1)/1 ・・・・・(1) ここで、 T1:深度0.1mの熱電対の示す温度(℃) T2:深度0.2mの熱電対の示す温度(℃) k:耐火物の熱伝導率(kW/m2 /K) l:2点の熱電対間の距離(m) を表している。
【0018】熱流束qがある時点t1において日最大値
が16.8kW/m2 であったが、翌日t2において日
最大値が17.8kW/m2 と、約6%増加した。さら
にその翌日には日最大値が19.0kW/m2 と、前日
比約7%増加した。そこでこの時点から本発明の方法を
適用し、図3の位置に最も近いNo.1出銑口の使用を
停止し、残りの出銑口を切り替えながら出銑する操業を
継続したところ、その7日間は前記箇所の熱流束qの日
最大値が上昇を続けたが、8日目以降下降に転じた。そ
こで9日目の時点で本発明の方法を解除し、従来通りN
o.1出銑口も使用する操業に切り替えた。
【0019】これに対し本発明の方法を適用しなかった
別の高炉では、炉床側壁部のある位置において熱流束の
日最大値が2日間5%以上上昇した後、上昇の割合は漸
減しつつも30日間熱流束値の上昇が続き、これに伴っ
て温度T2相当値が熱流束にやや遅れて上昇し、過去最
大温度を超え、耐火物の侵食を食い止めるために休風の
止むなきに至り、生産量の減少を招いた。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、高炉炉床部の熱流束の
変化から湯流れの変動を検知し、出銑口の使用方法を制
御することにより、耐火物の侵食を促進するような湯流
れを変化させて、耐火物の侵食を抑制して高炉寿命を長
く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高炉炉床側壁部の模式図
【図2】実施例における高炉の出銑口位置を示す図
【図3】実施例における熱電対埋設部位を示す図
【図4】特定部位における温度、熱流束の時間変化を示
す図
【符号の説明】
1 溶銑の層 2 粘稠層(溶銑凝固層) 3 耐火物 4 熱電対 5 高炉炉体 6 No.1出銑口 7 No.2出銑口 8 No.3出銑口 9 No.4出銑口 10 熱電対埋設部位

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炉床部の冷却条件を一定にして操業して
    いる高炉において、各出銑口を中心として周方向に両側
    60度以内、出銑口下3m以内の側壁部内の炉床部耐火
    物内に炉の径方向に埋め込み深度を変えて2個の熱電対
    を少なくとも1組設置し、該温度から炉壁を貫流する熱
    流束を算出し、熱流束が継続的に増加傾向を示した場合
    に最も近い出銑口の使用頻度を低減することを特徴とす
    る高炉操業方法。
  2. 【請求項2】 出銑口を3本以上備える高炉において、
    炉床部の熱流束の増加が連続5日間以上継続した場合
    に、熱流束増加箇所に最も近い出銑口を使用する時間
    を、熱流束が連続3日間低下するまで10%以下に抑え
    ることを特徴とする請求項1に記載の高炉操業方法。
JP11748397A 1997-04-22 1997-04-22 高炉操業方法 Withdrawn JPH10298619A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110453023A (zh) * 2019-09-18 2019-11-15 石横特钢集团有限公司 一种高炉炉缸象脚侵蚀预防分析方法
CN111896585A (zh) * 2020-08-05 2020-11-06 郑州赛沃科技有限公司 高炉铁沟侵蚀实时监测系统及方法

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CN110453023B (zh) * 2019-09-18 2021-06-29 石横特钢集团有限公司 一种高炉炉缸象脚侵蚀预防分析方法
CN111896585A (zh) * 2020-08-05 2020-11-06 郑州赛沃科技有限公司 高炉铁沟侵蚀实时监测系统及方法
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